Литровая мощность и основные методы форсирования

Благодаря литровой мощности можно оценить степень форсированности. Если двигатель имеет высокое значение Nл, то его можно назвать форсированным.

Повышение литровой мощности

Форсированием двигателя называют комплекс специальных технических мероприятий, которые способствуют повышению литровой мощности.

Существует несколько способов форсирования двигателей. Они следуют из следующего выражения: Nл будет увеличиваться вместе с увеличением номинальной величины частоты вращения, при использовании двухтактного рабочего процесса и при увеличении среднего эффективного давления.

Посредством увеличения номинальной величины частоты вращения увеличивается литровая мощность в карбюраторных двигателях. Для представителей современных моделей может использоваться количество оборотов до 6500 в минуту и выше.

У дизельных грузовых автомобилей номинальная частота вращения не превышает 2600 оборотов в минуту. Именно поэтому литровая мощность дизельных двигателей без наддува не превышает уровня от 12 до 15 кВт/л, что значительно ниже по сравнению с аналогичным показателем карбюраторного двигателя, мощность которого варьирует от 20 до 50 кВт/л.

В настоящее время удается преодолеть трудности при форсировании по частоте вращения во многих конструкциях легковых автомобилей. Сейчас все больше и больше двигателей дизелей появляется с показателем номинальной мощности от 4500 до 5500 оборотов в минуту, при литровой мощности до 20 кВт/л.

Форсирование по частоте вращения для дизелей значительно реже встречается, чем для карбюраторных двигателей. Для последних такой способ повышения показателя литровой мощности можно назвать одним из основных.

Если провести анализ зависимости, то видно, что при переходе от 4-тактного рабочего цикла к 2-тактному литровая мощность может увеличиться до двух раз.

На самом деле, этот показатель увеличивается в 1,5-1,7 раза из-за использования лишь небольшой части от всего рабочего объема на процессы снижения качества очистки, газообмена, а также на наполнение цилиндров. Еще одним фактором является дополнительная затрата энергии на осуществление привода продувочного насоса.

Достоинства двухтактного двигателя

Существенным достоинством двухтактного двигателя является большая литровая мощность – около 50-70%. Неиспользование части от всего рабочего объема с целью получения индикатной работы может привести к тому, что они обладают более низкими энергоэкономическими показателями, по сравнению с четырехтактными двигателями.

Недостатки двухтактных ДВС

К недостаткам двухтактных ДВС можно отнести:

• большая тепловая напряженность в элементах цилиндропоршневой группы, связанная с кратковременным протеканием процессов газообмена
• меньший теплоотвод от деталей, которые формируют камеру сгорания
• больший теплоподвод к тким деталям за единицу времени (это объясняется более частым прохождением процессов сгорания).

Огромным недостатком двухтактного карбюраторного двигателя является потеря небольшой части горючей смеси за время продувки цилиндра. Это сильно снижает показатели экономичности.

Мероприятия по повышению литровой мощности

Особое место среди таких мероприятий можно отвести форсированию двигателей по показателю среднего эффективного давления рс.

Существенного увеличения Nл при помощи повышения рс можно достигнуть лишь в том случае, если существенно увеличивается тепловая нагруженность в рабочем цикле из-за подвода к рабочему телу очень большого количества теплоты.

При этом необходимая подача в цилиндр несколько большего количества топлива требует полного сжигания топлива, а также большого количества окислителя. При этом возрастает цикловая подача qп. На практике это можно реализовать только путем увеличения количества свежих зарядов, которые будут нагнетаться в цилиндр двигателя под высоким давлением.

Такой способ называется наддув двигателя. При этом ре будет возрастать почти пропорционально по отношению к увеличению плотности этих свежих зарядов.

Недостатки наддува двигателя (приводный компрессор)

Одним из существенных недостатков такой системы является снижение экономичности двигателя, которое обусловлено необходимостью затрат большей энергии на привод компрессора.

На практике среди современных двигателей наибольшее распространение получил такой тип наддува, как газотурбинный наддув.

В такой центробежном компрессоре будет использоваться энергия ОГ, которая срабатывает в газовой турбине, которая конструктивно объединена с компрессором в единый агрегат, называемый турбокомпрессором.

Между агрегатом наддува и коленчатым валом в двигателе при газотурбинном наддуве нет механической связи. Применение турбокомпрессора будет заметно ухудшать приемистость двигателя, а также тяговые характеристики. Это объясняется инерционностью системы роторов турбокомпрессора, уменьшением количества энергии отработавших газов во время малых нагрузок, из-за чего в начале разгона не будет обеспечиваться подача в цилиндр необходимого количества свежего заряда. Чтобы преодолеть эти недостатки, очень часто возникает необходимость использовать комбинированный наддув.

Система комбинированного наддува

Такая система может использоваться в различных конструктивных вариантах. Она чаще всего представляет собой некоторые комбинации наддува с использованием приводного компрессора и газотурбинным наддувом. Чтобы повысить плотность свежего заряда, который будет подаваться в цилиндр двигателя, во многих случаях используют колебательные явления в системе газообмена, то есть пульсации РТ, происходящие в системе выпуска и впуска. Они являются результатом прохождения циклов следования процессов газообмена в цилиндрах. Рассмотрим на примере. Впускному парубку нужно задать такие конструктивные параметры (площадь и длину проходимого сечения), которые перед закрытием клапана около него смогут создать волну сжатия, чтобы масса заряда, поступающего в цилиндр, значительно увеличилась.

Аналогичного эффекта можно получить в результате настройки выпускного трубопровода, чтобы создать вблизи него волну разрежения при открытом выпускном клапане. Благодаря таким действиям будет улучшена очистка цилиндров, так как будет поступать большее количество свежих зарядов.

Если будет сделан правильный выбор геометрических параметров, системы газообмена в разных случаях при помощи динамического наддува можно увеличить мощность двигателя автомобиля от 15 до 25%. Во время использования наддува увеличивается тепловая и механическая напряженность элементов, которые формируют камеру сгорания, а это один из основных факторов, которые ограничивают возможное увеличение плотности в свежем заряде, который поступает в цилиндр. Именно поэтому следует заранее учитывать все возможные последствия, которые могут произойти из-за роста механических или тепловых нагрузок на элементы двигателя.